機(jī)械工程與自動化控制 2010中國印刷與包裝學(xué)術(shù)會議會刊 294Mechanical Engineering & Automation Control Proceedings of CACPP 2010基于JDF數(shù)字化流程的切紙機(jī)裁切軟件的開發(fā)任玲輝1,劉凱1,張海燕2, 侯和平2(1.西安理工大學(xué)機(jī)械與精密儀器學(xué)院,西安 ;2.西安理工大學(xué)印刷與包裝工程學(xué)院,西安 摘要JDF是一種基于XML的用于活件描述及交換的格式,本文通過對JDF文檔的語法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分析,解析出了版式信息。結(jié)合紙張裁切的工藝特點以及人工編排加工路徑的經(jīng)驗,分析了不規(guī)則版面布局的特點,提出了一種新的裁切加工路徑形成的復(fù)合算法,解決了不規(guī)則版面裁切路徑的規(guī)劃。開發(fā)了切紙機(jī)優(yōu)化裁切軟件,基于JDF數(shù)字化流程開發(fā)的切紙機(jī)裁切軟件,可以從印前版式信息直接得到裁切信息,然后將生成的裁切程序傳送到支持CIP4接口的切紙機(jī)上,減少了人工測量環(huán)節(jié)帶來的誤差,提高了裁切精度和效率。關(guān)鍵詞 JDF;解析;數(shù)字印刷;XML中圖分類號 TS73Cutting Software Development Based On JDF Digital WorkflowREN Linghui1, LIU Kai1, ZHANG Haiyan2, HOU Heping2(1. Faculty of Mechanical and Precision Instrument Engineering, Xian University of Technology, Xian , China; 2.Faculty of Printing And Packaging Engineering, Xian University of Technology, Xian , China Abstract JDF is the XML-based format for the job descripting and exchanging. Through the Parse of JDF documents grammar and data structure, we have got the information of layout. Combined with technical features of cutting papers and experiences of artificial processing paths, this article have to analyze the characteristics of irregular layout, then put out a new complex algorithm of cutting path and solve the planning of irregular layout cutting path. Development a optimization software of paper cutter. The cutting software based on JDF digital workflow, can obtain layout information directly from the prepress, and then transmitted generate cutting program to the cutter, which reduced the error caused by manual measurement and improved the cutting accuracy and efficiency. Key words JDF; Parse; Digital Printing; XML0 引言JDF標(biāo)準(zhǔn)的建立反映數(shù)字印前技術(shù)向印刷和印后加工深入發(fā)展的總體趨勢,目的在于實現(xiàn)印前、印刷和印后加工三大主要工藝的集成,以及生產(chǎn)活動和經(jīng)營管理活動的集成,有利于企業(yè)按標(biāo)準(zhǔn)化的程序組織生產(chǎn)。然而,首當(dāng)其沖受JDF標(biāo)準(zhǔn)影響的可能還不是印刷企業(yè),而是那些從事設(shè)備和系統(tǒng)研發(fā)的公司或部門1。JDF以通過定義關(guān)鍵印刷過程或工藝的方法規(guī)范生產(chǎn)行為并指導(dǎo)設(shè)備制造和系統(tǒng)軟件開發(fā)規(guī)范生產(chǎn)行為并指導(dǎo)設(shè)備制造和系統(tǒng)軟件開發(fā)。設(shè)備制造商希望自己生產(chǎn)的設(shè)備能與JDF工作流程兼容,要求集成到數(shù)字工作流程系統(tǒng)中,則必須按照J(rèn)DF標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和制造設(shè)備。比如印刷設(shè)備要解析出印前生成JDF 中油墨預(yù)設(shè)數(shù)據(jù),折手參數(shù),裁切參數(shù),裝訂方式,都要解析相應(yīng)的JDF文檔2。葉微微等人研究了JDF 數(shù)字化流程中油墨預(yù)置技術(shù),屬于JDF在印刷機(jī)的應(yīng)用3,吳躍卿等人研究JDF工作傳票分析及通訊接口開發(fā)4,高波等人研究了JDF在折頁加工應(yīng)用5,均未涉及到JDF在數(shù)字化裁切設(shè)備中的應(yīng)用。本文通過對JDF文檔的語法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分析,解析出了版式信息。結(jié)合紙張裁切的工藝特點以及人工編排加工路徑的經(jīng)驗,分析了不規(guī)則版面布局的特點,提出了一種新的裁切加工路徑形成的復(fù)合算法,解決了不規(guī)則版面裁切路徑的規(guī)劃。1 JDF文檔中參數(shù)的解析本文作者采用流模型對JDF文檔解析,流模型每次可以迭代XML 文檔中的一個節(jié)點,適合處理較萬方數(shù)據(jù)中國印刷與包裝研究 2010年11月(第2卷CHINA PRINTING AND PACKAGING STUDY V ol.02 2010.11 295 大的文檔,所耗費(fèi)的內(nèi)存開銷也很小。.NET 中使用了一個名為XmlReader 的抽象基類和三個繼承于XmlReader 抽象基類、分別名為XmlNodeReader 、XmlTextReader 和XmlValidatingReader 的具體類來實現(xiàn)流模型。XmlReader 類提供了一種快速的、只向前的、只讀的解析器來利用文檔流。它包含了讀XML 文檔的方法和屬性。該類中的Read(方法用來迭代XML 文檔,即如果節(jié)點存在(不在文檔的最后就返回True ,當(dāng)達(dá)到文檔末尾時,迭代就會終止。印刷JDF 文件包含內(nèi)容較多(油墨預(yù)設(shè)數(shù)據(jù),折手參數(shù),裁切參數(shù),裝訂方式等參數(shù),而在實際應(yīng)用時我們只需要一個或多個模塊的參數(shù),所以選擇流模型處理文檔更合適些5,6。JDF 版式解析過程中,首先查找包含版式尺寸的節(jié)點,當(dāng)讀到節(jié)點名為Surface 時,用MoveToNextAttribute(方法讀取該節(jié)點的每一個屬性,將屬性值保存下來。然后以同樣的方法查找包含版式尺寸的節(jié)點,讀取每一個ContectObject 頁面節(jié)點中的相關(guān)數(shù)據(jù)。由于在JDF 文件中,表示版式尺寸的每一個屬性里包含若干參數(shù),其中包含空格字符串,所以需要分割字符串。在本文中用到了String 類中提供的Split 方法來構(gòu)造一個Tokenizer 類以進(jìn)行字符串分割,參數(shù)的存儲用到了Array(數(shù)組表對象。2 版式裁切的算法2.1 單一標(biāo)簽裁切算法要裁切的印張在印前已進(jìn)行過拼版,為了使紙張得到最大的利用率,排版時在印張上排列盡可能多的單一標(biāo)簽,如圖1是單一標(biāo)簽排版后的版式圖。圖1單一標(biāo)簽版式Fig.1 Single label layout在印前生成的JDF 文檔中已經(jīng)記錄了的版面數(shù)據(jù),包括印張和標(biāo)簽的參數(shù),如ClipBox (X 1 Y 1 X 2 Y 2表示的是標(biāo)簽的左上角(X 1 Y 1和右下角坐標(biāo)(X 2 Y 2。有了這些參數(shù),通過提取參數(shù)找出裁切路徑,本文選用冒泡排序法對每一個標(biāo)簽位置坐標(biāo)分別按X 坐標(biāo)和Y 坐標(biāo)由大到小進(jìn)行排序。以圖1為例,描述單一標(biāo)簽算法如圖2所示。圖2 單一標(biāo)簽算法程序框圖Fig.2 Single label algorithm Program diagram為了簡化模型首先假設(shè)左上角為坐標(biāo)原點,向下為Y 方向,向右為X 方向,切邊為0 cm ,在實際生產(chǎn)中裁切順序應(yīng)該遵循由下向上,由右向左的順序進(jìn)行裁切。首先,給每個標(biāo)簽右下角坐標(biāo)Y 值冒泡排序。由下到上即Y max,2(標(biāo)簽右下角Y 坐標(biāo)最大值到Y(jié) min,2(標(biāo)簽右下角Y 坐標(biāo)最小值裁切,由右向左即X max ,2(標(biāo)簽右下角X 坐標(biāo)最大值到X min,2(標(biāo)簽右下角X 坐標(biāo)最小值裁切。由圖1可知最下一排有11個相等,用比較大小算法求出與Y max,2右下角Y 坐標(biāo)相等標(biāo)簽,即可找出X 方向的第一條裁切線,然后找出Y max-1,2的標(biāo)簽即可找出X 方向的第二條裁切線,以此類推當(dāng)?shù)結(jié) min,2時,即可找出X 方向的最后一條裁切線。此時,印張在切紙機(jī)的工作臺上旋轉(zhuǎn)90,在這里我們對首先對X 2冒泡排序,同理找出Y 方向的裁切線。單一裁切算法的設(shè)計流程圖如圖2所示。 2.2 復(fù)雜版面算法為了在印張上得到最大的利用率,往往會在一張版面上排多組標(biāo)簽,這就涉及到了排樣問題,如圖3是一個印刷排樣實例。求解最優(yōu)排樣方案是一個NP-hard 問題,因此,對于大規(guī)模排樣問題,在可接受的時間內(nèi)快速找到次優(yōu)解的算法引起了人們的關(guān)注.很多學(xué)者在這方面做了卓有成效的研究工作。萬方數(shù)據(jù)機(jī)械工程與自動化控制 2010中國印刷與包裝學(xué)術(shù)會議會刊 296 Mechanical Engineering & Automation Control Proceedings of CACPP 2010本文研究的算法是NP 問題的逆問題,作者把大小相同的標(biāo)簽組成標(biāo)簽塊,然后再分塊的思想。 為了滿足一刀切原則,排樣時盡量把相同的標(biāo)簽排在一塊,如圖3包含3個標(biāo)簽塊。在JDF 版式文件中同一個標(biāo)簽塊中的標(biāo)簽有相同的ord ,如圖3標(biāo)簽塊1的ord=0,標(biāo)簽塊2的ord=1,標(biāo)簽塊3的ord=2。那么我們可以根據(jù)ord 把印張分為若干個標(biāo)簽塊,如圖4把圖3版式分為3個標(biāo)簽塊。那么復(fù)雜裁切問題就簡化為如何把這些標(biāo)簽塊裁切出來。標(biāo)簽塊裁切出來后,每個標(biāo)簽塊的裁切就可以用單一標(biāo)簽裁切算法,調(diào)用單一算法子程序即可裁切。顯然標(biāo)簽塊1、2、3的大小、坐標(biāo)很容易由小標(biāo)簽的坐標(biāo)找出來,找出來的坐標(biāo)存儲為f n(x1,y1,x2,y2 ,其中(n=1,2,3.。標(biāo)簽塊裁切時,首先找出X 方向貫穿線裁切,再找出Y 方向貫穿線裁切,重復(fù)以上步驟,直至找不出貫穿線為止,標(biāo)簽塊裁切完畢,如圖5是復(fù)雜版面的流程圖。圖3 復(fù)雜版式 圖4 提取的標(biāo)簽塊 Fig3 Complex layout Fig.4 Extraction of labelN圖5 復(fù)雜版式裁切算法框圖Fig.5 Complex layout cutting algorithm Program diagram 2.3 算法結(jié)果本文用C#語言編寫了算法及軟件界面,從圖6和圖7對比結(jié)果看本文與使用的是CIP3數(shù)據(jù)polar 成熟的商業(yè)軟件結(jié)果是一致的。本文解析的是JDF 文檔中的版式數(shù)據(jù),在算法中采用劃分標(biāo)簽塊的方法簡化不規(guī)則版式的問題,提高了算法的速度。圖6 Polar 結(jié)果 Fig.6 Polar results圖7 本文算法結(jié)果Fig.7 This topic results3 結(jié)論本文采用C#編程語言,借助.NET 框架解析出了JDF 文檔中的版式信息,解析快速方便,為后續(xù)JDF 繼續(xù)研究提供了一種可行的方法。本文開發(fā)的基于數(shù)字化優(yōu)化裁切應(yīng)用軟件,實現(xiàn)了裁切數(shù)據(jù)的印前導(dǎo)入,且軟件的可視化界面給工人提示裁切順序,這提高了切紙機(jī)自動化及數(shù)字化程度。參考文獻(xiàn)1 姚海根. JDF 對印后設(shè)備開發(fā)的影響J.印刷質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)化, 2007(2 : 16-19.2 王小燕. 基于JDF 的印后加工設(shè)備J. 今日印刷, 2005, (9: 55-56.3 葉微微, 張二虎. JDF 數(shù)字化流程中油墨預(yù)置技術(shù)的研究D. 西安理工大學(xué),2008.萬方數(shù)據(jù)中國印刷與包裝研究 2010年11月(第2卷CHINA PRINTING AND PACKAGING STUDY V ol.02 2010.11 2974 吳躍卿, 王民, 鄭軍. 平版膠印JDF工作傳票分析及通訊接口開發(fā)J. 包裝工程,2007,28(4: 66-68.5 CIP4, JDF Specification Release 1.3CP/OL. www. CIP4.6 劉真,朱明. JDF和全數(shù)字化印刷J. 中國印刷與包裝研究, 2009, 1(1: 47-50.主要作者任玲輝(1984年-,博士研究生;研究方向為現(xiàn)代印刷機(jī)械系統(tǒng)仿真和數(shù)字化印刷工作流程。E-mail: 劉凱(1957年-,教授,博士生導(dǎo)師;主要研究方向為機(jī)械傳動,車輛工程。張海燕(1957年-,教授;主要研究方向為印刷機(jī)械理論與應(yīng)用研究及系統(tǒng)的設(shè)計與仿真。(上接293頁量及效率。最后,通過臥式自動平壓平模切機(jī)間歇輸紙機(jī)構(gòu)實例驗證了該軟件平臺的實用性和有效性。參考文獻(xiàn)1 鄒慧君,殷鴻梁. 間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用創(chuàng)新M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2008: 102-117。2 張玉華,辛重鎬. 設(shè)計平面凸輪輪廓的新方法J. 機(jī)械工程學(xué)報,2004,40(1:31-37.3 何晶昌, 石宏平, 陳世教. 平行分度凸輪輪廓曲線計算機(jī)輔助設(shè)計J. 機(jī)械制造與自動化, 2008, 37(4:40-41, 45.4 賀煒,徐鋒,甄久軍. 行分度凸輪傳動裝置參數(shù)化繪圖系統(tǒng)的建立J. 機(jī)械設(shè)計與研究, 2007, 249-250.5 劉平, 沈永鶴. 平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的一種CAD 算法J. 機(jī)械設(shè)計, 2004,9.6 唐善華. 平行分度凸輪廓線交點的尋求及平滑過渡處理J. 機(jī)械設(shè)計, 2008, 25(9: 19-20.主要作者施向東(1963年-,副教授;主要研究方向為印刷及包裝設(shè)備的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計。沈韶華(1970年-,副教授;主要研究方向為機(jī)械設(shè)計及運(yùn)動仿真。E-mail: 萬方數(shù)據(jù) 基于JDF數(shù)字化流程的切紙機(jī)裁切軟件的開發(fā)作者:任玲輝, 劉凱, 張海燕, 侯和平, REN Linghui, LIU Kai, ZHANG Haiyan, HOU Heping作者單位:任玲輝,劉